超聲波強(qiáng)化鋁酸鈉溶液分解過(guò)程機(jī)理的研究.pdf

1、鋁酸鈉溶液分解過(guò)程是拜耳法氧化鋁生產(chǎn)的重要工序，它對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)能等指標(biāo)均有十分重要的影響。它是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中耗時(shí)最長(zhǎng)，設(shè)備最龐大的工序之一，也成為氧化鋁產(chǎn)能提高的瓶頸之一，因此，強(qiáng)化鋁酸鈉溶液種分過(guò)程對(duì)降低氧化鋁生產(chǎn)的設(shè)備費(fèi)用、提高氧化鋁產(chǎn)能有著十分重要的意義。研究表明，超聲波作用對(duì)鋁酸鈉溶液分解過(guò)程有一定強(qiáng)化作用，但超聲波的作用機(jī)理及影響超聲波強(qiáng)化的條件十分復(fù)雜，還有待進(jìn)一步研究。 本工作通過(guò)量熱、聲頻譜分析、化學(xué)分析等手

2、段初步探討了超聲波作用于不同性質(zhì)的鋁酸鈉溶液的能量及其分布關(guān)系；通過(guò)聲致熒光法研究了鋁酸鈉溶液聲場(chǎng)分布及聲場(chǎng)性質(zhì)；通過(guò)拉曼、核磁共振、EPR譜分析、分子動(dòng)力學(xué)模擬及自由基反應(yīng)特性探討了超聲波作用于鋁酸鈉溶液種分過(guò)程的機(jī)理；通過(guò)滴定分析、粒度分析及SEM影象考察了超聲波對(duì)鋁酸鈉溶液分解過(guò)程的影響；并由超聲波作用于種分過(guò)程的機(jī)理初步探索了超聲波應(yīng)用及強(qiáng)化途徑。研究結(jié)果如下： 1)定義了表征超聲波聲場(chǎng)性質(zhì)的參數(shù)，確立了用聲頻譜分析來(lái)判

3、斷超聲空化的方法；結(jié)合量熱測(cè)定，用超聲空化率、空化能量等參數(shù)對(duì)水為媒質(zhì)的聲場(chǎng)性質(zhì)進(jìn)行了研究，得出了計(jì)算超聲空化能量和空化閾值等參數(shù)的方法。 2)在相同的超聲波條件下，超聲波產(chǎn)生的熱量隨著鋁酸鈉溶液濃度和αk的增加而減??；超聲波輸入系統(tǒng)的總能量隨著αk增加而減??；超聲空化能量基本隨濃度的增加而減小，而在中等αk時(shí)較高；隨著鋁酸鈉溶液濃度的增加，空化閾值聲功率也增加，中等αk時(shí)，空化閾值聲功率較??；溫度升高可提高超聲空化強(qiáng)度；媒質(zhì)中

4、溶入氣體有利于超聲空化作用發(fā)生；媒質(zhì)中含有微?？墒钩暱栈瘡?qiáng)度有一定提高，但加入微粒的量在0.1g·l-1以上時(shí)，加入微粒量增加對(duì)超聲空化程度幾乎沒(méi)有影響。 3)在同樣超聲波功率條件下，鋁酸鈉溶液濃度越高，超聲波聲致熒光的區(qū)域越窄；鋁酸鈉溶液的聲致熒光強(qiáng)度隨著濃度增加而減小，在αk=1.48以下，聲致熒光強(qiáng)度隨αk增加迅速增加，而αk=1.48以上時(shí)，聲致熒光強(qiáng)度隨αk的變化不顯著?？栈撝惦S著鋁酸鈉溶液濃度增加而增加，低αk比

5、中等αk的鋁酸鈉溶液空化閾值明顯要高，而中等αk與高αk基本無(wú)差別。 4)用電子自旋共振及自旋捕捉技術(shù)檢測(cè)了鋁酸鈉溶液中的聲致自由基，通過(guò)Naman光譜和Al27-NMR譜的分析，發(fā)現(xiàn)超聲波作用后鋁酸鈉溶液中可能形成高聚體的離子，溶液的聚合度增加，且鋁酸根離子配位數(shù)可能增加。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬和自由基反應(yīng)特性提出了超聲波強(qiáng)化鋁酸鈉溶液分解過(guò)程的可能機(jī)理。 5)低頻超聲波可在一定時(shí)間內(nèi)提高鋁酸鈉溶液的種分分解速率，鋁酸鈉溶

6、液種分過(guò)程主要是通過(guò)對(duì)成核過(guò)程強(qiáng)化而起作用的。只有在中等溫度條件下，超聲波功率足夠強(qiáng)時(shí)，才有可能使超聲波對(duì)鋁酸鈉溶液種分過(guò)程的強(qiáng)化作用得以實(shí)現(xiàn)。發(fā)生超聲空化是超聲波強(qiáng)化作用能夠發(fā)生的必要條件，但不是充分條件。超聲波作用后的鋁酸鈉溶液生成的六邊形晶體薄片更多，可能造成其堆積更有序，而導(dǎo)致生成晶核速率較快。通過(guò)XRD分析，發(fā)現(xiàn)超聲波作用對(duì)鋁酸鈉溶液晶型沒(méi)有影響。討論了用加入擾動(dòng)和雙聲源強(qiáng)化超聲空化作用的方法。針對(duì)超聲波強(qiáng)化過(guò)程中出現(xiàn)的細(xì)小粒